20240122面试练习题10

1. Redis为什么执行这么快？

二、Redis为什么这么快？
1、完全基于内存，数据存在内存中，绝大部分请求是纯粹的内存操作，非常快速，跟传统的磁盘文件数据存储相比，避免了通过磁盘IO读取到内存这部分的开销。

2、数据结构简单，对数据操作也简单。Redis中的数据结构是专门进行设计的，每种数据结构都有一种或多种数据结构来支持。Redis正是依赖这些灵活的数据结构，来提升读取和写入的性能。

3、采用单线程，省去了很多上下文切换的时间以及CPU消耗，不存在竞争条件，不用去考虑各种锁的问题，不存在加锁释放锁操作，也不会出现死锁而导致的性能消耗。

4、使用基于IO多路复用机制的线程模型，可以处理并发的链接。

2. Redis是单线程执行还是多线程执行？它有线程安全问题吗？为什么吗？

1、Redis5及之前是单线程版本
2、Redis6开始引入多线程版本（单线程+多线程版本）
请求是多线程的，但核心的内存读写操作（或者说读写计算）仍然是单线程的。

线程安全的场景：
1、单个键的读写操作：对于单个键的读操作和写操作是线程安全的。多个线程可以同时读取或写入同一个键，不会引发并发问题。
例如：

SET key value
GET key

2、原子操作：Redis 提供了一些原子性的操作，例如 INCR、LPUSH、SADD 等。这些操作是线程安全的，多个线程同时执行也不会引发问题。
例如：

INCR counter
LPUSH mylist value
SADD myset value

3、发布与订阅：Redis 的发布与订阅功能是线程安全的，多个线程可以同时进行发布和订阅操作。例如：

PUBLISH channel message
SUBSCRIBE channel

线程不安全的场景：1、多个键的事务操作：如果多个线程同时对不同的键进行事务操作，可能会引发竞态条件。在这种情况下，需要使用分布式锁或其他并发控制技术来保证操作的一致性。
例如：

MULTI
SET key1 value1
SET key2 value2
EXEC

2、对于同一个键的并发写操作：如果多个线程同时对同一个键进行写操作，可能会引发竞态条件。在这种情况下，需要使用分布式锁或其他并发控制技术来保证操作的一致性。
例如：

SET key value1
SET key value2

总之，对于单个键的读写操作、原子操作和发布与订阅功能，Redis 是线程安全的。但在多个键的事务操作和对同一个键的并发写操作时，需要注意并发问题，并使用适当的并发控制机制来保证数据的一致性。

3. 在实际工作中，使用Redis实现了哪些业务场景？

1、缓存
例如：热点数据缓存（商品信息详情），可以提升热点数据的访问效率。

2、分布式锁
String 类型setnx方法，只有不存在时才能添加成功，返回true

public static boolean getLock(String key) {
    Long flag = jedis.setnx(key, "1");
    if (flag == 1) {
        jedis.expire(key, 10);
    }
    return flag == 1;
}

public static void releaseLock(String key) {
    jedis.del(key);
}

3、全局ID
int类型，incrby，利用原子性

incrby userid 1000

分库分表的场景，一次性拿一段

4、计数器
int类型，incr方法
例如：文章的阅读量、微博点赞数、允许一定的延迟，先写入Redis再定时同步到数据库

5、限流
int类型，incr方法
以访问者的ip和其他信息作为key，访问一次增加一次计数，超过次数则返回false

6、位统计
String类型的bitcount
字符是以8位二进制存储的

例如：在线用户统计，留存用户统计

setbit onlineusers 01 
setbit onlineusers 11 
setbit onlineusers 20

7、购物车
String 或hash。所有String可以做的hash都可以做。
例如：
key：用户id；field：商品id；value：商品数量。
+1：hincr。-1：hdecr。删除：hdel。全选：hgetall。商品数：hlen。

8、用户消息时间线timeline
list，双向链表，直接作为timeline就好了。插入有序

9、消息队列
List提供了两个阻塞的弹出操作：blpop/brpop，可以设置超时时间

blpop：blpop key1 timeout 移除并获取列表的第一个元素，如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。
brpop：brpop key1 timeout 移除并获取列表的最后一个元素，如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。

10、抽奖
自带一个随机获得值

spop myset

11、点赞、签到、打卡

假如上面的微博ID是t1001，用户ID是u3001

用 like:t1001 来维护 t1001 这条微博的所有点赞用户
点赞了这条微博：sadd like:t1001 u3001
取消点赞：srem like:t1001 u3001
是否点赞：sismember like:t1001 u3001
点赞的所有用户：smembers like:t1001
点赞数：scard like:t1001

12、商品筛选

// 获取差集
sdiff set1 set2
// 获取交集（intersection ）
sinter set1 set2
// 获取并集
sunion set1 set2

筛选商品，苹果的、ios的、屏幕在6.0-6.24之间的，屏幕材质是LCD屏幕

sinter brand:apple brand:ios screensize:6.0-6.24 screentype:lcd

13、用户关注、推荐模型
follow 关注 fans 粉丝

相互关注：

sadd 1:follow 2
sadd 2:fans 1
sadd 1:fans 2
sadd 2:follow 1

我关注的人也关注了他(取交集)：

sinter 1:follow 2:fans

可能认识的人：

用户1可能认识的人(差集)：sdiff 2:follow 1:follow
用户2可能认识的人：sdiff 1:follow 2:follow

4. Redis常用数据类型有哪些？

1、String（字符串）
字符串类型是Redis中最为基础的数据存储类型，每个键最大可存储数据512MB
使用方法：

redis 127.0.0.1:6379> set key1 value1
OK
redis 127.0.0.1:6379> set key2 value2
OK
redis 127.0.0.1:6379> get key1
value1
redis 127.0.0.1:6379> get key2
value2
redis 127.0.0.1:6379> set onlineNum 0
OK
redis 127.0.0.1:6379> incr onlineNum
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> incrby onlineNum 4
(integer) 5
redis 127.0.0.1:6379> decr onlineNum
(integer) 4

适用场景：
很常见的场景用于统计网站访问数量，当前在线人数等。

2、Hash （散列Hash）
hash 是一个 string 类型的 field 和 value 的映射表，hash 特别适合用于存储对象或者map。Redis中的散列可以看成具有String key和String value的map容器，可以将多个key-value存储到一个key中。
使用方法：

redis 127.0.0.1:6379> hset user name zhangsan
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> hmset user user age 10 sex 30
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> hget user age
"10"
redis 127.0.0.1:6379> hmget user name sex
1)"zhangsan"
2)"30"
redis 127.0.0.1:6379>

适用场景：
存储、读取、修改用户属性（name，age，pwd等）

3、list (列表)
列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序。双向链表，可从头部或尾部插入或取出数据。
使用方法：

redis 127.0.0.1:6379> lpush users zhangsan
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> lpush users lisi
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379> lpush users xiaofang
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> lrange users 0 10 
1) "xiaofang"
2) "lisi"
3) "zhangsan"
redis 127.0.0.1:6379> rpush users chacha
(integer) 4
redis 127.0.0.1:6379> lrange users 0 10 
1) "xiaofang"
2) "lisi"
3) "zhangsan"
4) "chacha"
redis 127.0.0.1:6379> rpop users 
"chacha"
redis 127.0.0.1:6379> rpop users
"zhangsan"
redis 127.0.0.1:6379> lpop users
xiaofang
redis 127.0.0.1:6379>

适用场景
1）最新消息排行榜（如朋友圈的时间线）。
2）消息队列。生产者可以用push操作将任务存在list中，消费者用pop操作将任务取出。

4、set （无序集合）
列表是简单的字符串列表。数据插入无序且不可重复。

使用方法：

redis 127.0.0.1:6379> sadd friends zhangsan
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd friends lisi
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sadd friends zhangsan
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> sadd friends wupeng
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> scard friends
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379> sismember friends wupeng
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> sismember friends shasha
(integer) 0
redis 127.0.0.1:6379> srem friends shasha
(inetegr) 0
redis 127.0.0.1:6379> srem friends zhangsan
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379> scard friends
(integer) 2
redis 127.0.0.1:6379>

适用场景
利用不可重复性，实现求共同好友、访问某地址ip去重，当前在线用户人数去重等

5、zset （有序集合）
redis的zset 和 set 一样也是string类型元素的集合,且不允许重复的成员。
不同的是每个元素都会关联一个double类型的分数。redis正是通过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序。zset的成员是唯一的,但分数(score)却可以重复

使用方法

redis 127.0.0.1:6379>  zadd rank  97 zhangsan
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379>  zadd rank  70 lisi
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379>  zadd rank  78 wupeng
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379>  zadd rank  75 zhangsan
(integer) 1
redis 127.0.0.1:6379>  zcard rank 
(integer) 3
redis 127.0.0.1:6379>

适用场景
排行榜、带权重的消息队列

5. 存储Session信息你会使用哪种数据类型？为什么？

Session 数据结构复杂且需要频繁更新或查询其中的个别字段，通常建议使用哈希表来存储 Session;而在 Session 数据较为简单、不涉及局部更新的情况下，使用字符串存储也是可行的选择

6. 有序集合底层是如何实现的？

Redis中的有序集合zset底层实现采用了两种编码方式：

REDIS_ENCODING_SKIPLIST 跳跃列表
REDIS_ENCODING_ZIPLIST 压缩列表

当zset满足以下两个条件的时候，使用ziplist：

保存的元素少于128个
保存的所有元素大小都小于64字节

不满足这两个条件则使用skiplist。

7. 什么是跳表？为什么要用跳表？

跳表是一个随机化的数据结构，实质就是一种可以进行二分查找的有序链表。
跳表在原有的有序链表上面增加了多级索引，通过索引来实现快速查找。
跳表不仅能提高搜索性能，同时也可以提高插入和删除操作的性能。

8. 说一下跳表的查询流程？

把一些节点从有序表中提取出来，缓存一级索引，就组成了下面这样的结构：
在这里插入图片描述
要查找17这个元素，只要从一级索引往后遍历即可，只需要经过1、6、15、17这几个元素就可以找到17了。

查找11这个元素，从一级索引的1开始，向右到6，再向右发现是15，它比11大，此路不通，从6往下走，再从下面的6往右走，到7，再到11。

同样地，一级索引也可以往上再提取一层，组成二级索引，如下：

在这里插入图片描述

9. 说一下跳表的添加流程？为什么要有“随机层数”这个概念？

每一个元素添加到跳表中时，首先需要随机指定这个元素在跳表中的层数，如果随机指定的层数大于了跳表的层数，则在将元素添加到跳表中之前，还需要扩大跳表的层数，而扩大跳表的层数就是将头尾节点的层数扩大。
关于“随机层数”的概念，其主要目的是为了保持跳表的平衡性。如果我们固定每个元素的层数，那么在某些情况下，跳表可能会退化成普通的链表，从而导致查找效率降低。通过随机选择每个元素的层数，我们可以确保跳表的高度大致为log(n)，从而保证查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(log n)

10. 使用Redis如何实现分布式锁？

想要实现分布式锁，必须要求Redis有互斥的能力。可以使用SETNX命令，其含义是SET IF NOT EXIST，即如果key不存在，才会设置它的值，否则什么也不做。两个客户端进程可以执行这个命令，达到互斥，就可以实现一个分布式锁。

加锁操作完成后，加锁成功的客户端，就可以去操作共享资源，例如，修改MySQL的某一行数据。操作完成后，还要及时释放锁，给后来者让出操作共享资源的机会。释放锁直接使用DEL命令删除这个key即可。

// 加锁
SETNX lock_key 1
// 业务逻辑
DO THINGS
// 释放锁
DEL lock_key

以上实现存在一个很大的问题，当客户端1拿到锁后，如果发生下面的场景，就会造成死锁。

程序处理业务逻辑异常，没及时释放锁
进程挂了，没机会释放锁
以上情况会导致已经获得锁的客户端一直占用锁，其他客户端永远无法获取到锁。

为了解决以上死锁问题，最容易想到的方案是在申请锁时，在Redis中实现时，给锁设置一个过期时间，假设操作共享资源的时间不会超过10s，那么加锁时，给这个key设置10s过期即可。

但以上操作还是有问题，加锁、设置过期时间是2条命令，有可能只执行了第一条，第二条却执行失败，例如：

SETNX执行成功，执行EXPIRE时由于网络问题，执行失败
SETNX执行成功，Redis异常宕机，EXPIRE没有机会执行
SETNX执行成功，客户端异常崩溃，EXPIRE没有机会执行
总之这两条命令如果不能保证是原子操作，就有潜在的风险导致过期时间设置失败，依旧有可能发生死锁问题。在Redis 2.6.12之后，Redis扩展了SET命令的参数，可以在SET的同时指定EXPIRE时间，这条操作是原子的，例如以下命令是设置锁的过期时间为10秒。